JP6439545B2 - Fuel cell system - Google Patents

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Description

本発明は、燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて電力を発生させる燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a fuel cell system that generates electric power using a fuel gas and an oxidant gas.

電力を発生させる燃料電池システムの研究開発が進められている。このような燃料電池システムでは、燃料電池セルに供給する水素を生成するために、メタン等の炭化水素を含む原料ガスを改質器によって改質することが一般的に行われている。   Research and development of fuel cell systems that generate electricity is underway. In such a fuel cell system, in order to generate hydrogen to be supplied to the fuel cell, a raw material gas containing a hydrocarbon such as methane is generally reformed by a reformer.

改質器における改質方法として、原料ガスとともに水蒸気を改質器に供給して反応させる水蒸気改質が知られている。水蒸気改質は、原料ガスとともに酸素を改質器に供給して反応させる部分酸化改質と比べて水素の収率が高い改質方法であるため、燃料電池システムの発電効率の向上に大きく寄与し得る改質方法である。   As a reforming method in the reformer, steam reforming is known in which steam is supplied to the reformer together with the raw material gas to react. Steam reforming is a reforming method with a higher hydrogen yield than partial oxidation reforming in which oxygen is supplied to the reformer together with the raw material gas, and thus greatly contributes to improving the power generation efficiency of the fuel cell system. This is a possible modification method.

水蒸気改質に要する水蒸気は、水道から供給される水道水を加熱し、蒸発させて生成することも検討されている。しかしながら、水道水はカルシウム成分等の不純物を含有しており、当該不純物が燃料電池システム内で析出するなどして故障の原因となるおそれがある。このような不具合を解消するために、ろ過装置等の、水道水から不純物を除去する装置を設けることも検討されているが、それに伴って製造コストが増大するという新たな課題を招いてしまう。   It has also been studied that the steam required for steam reforming is generated by heating and evaporating tap water supplied from the tap water. However, tap water contains impurities such as calcium components, and the impurities may be deposited in the fuel cell system and cause a failure. In order to solve such problems, it has been studied to provide a device for removing impurities from tap water, such as a filtration device, but this causes a new problem that the manufacturing cost increases.

これに対し、下記特許文献１には、燃料電池セルのアノードから排出されたオフガスを再利用する燃料電池システムが記載されている。詳細には、当該燃料電池システムは、アノードから排出されたオフガスの一部を改質器に供給する。また、当該燃料電池システムは、改質器に原料ガスを供給する流路にエジェクタが設けられており、原料ガスが当該エジェクタを通過することで発生する負圧によってオフガスを吸引し、そのオフガスを改質器に供給するように構成されている。オフガスは、燃料電池セルにおける電気化学反応に伴って生成された水蒸気を含有している。したがって、下記特許文献１に記載の燃料電池システムによれば、オフガスが含有する水蒸気を改質器における水蒸気改質に利用することが可能になるため、外部から水蒸気の供給を受けることなく、継続的に電力を発生できる。   On the other hand, the following Patent Document 1 describes a fuel cell system that reuses off-gas discharged from the anode of a fuel cell. Specifically, the fuel cell system supplies a part of the off gas discharged from the anode to the reformer. Further, the fuel cell system is provided with an ejector in the flow path for supplying the raw material gas to the reformer, and sucks off gas by the negative pressure generated when the raw material gas passes through the ejector. It is comprised so that it may supply to a reformer. The off gas contains water vapor generated in association with an electrochemical reaction in the fuel battery cell. Therefore, according to the fuel cell system described in Patent Document 1 below, the steam contained in the offgas can be used for steam reforming in the reformer. Power can be generated.

また、当該燃料電池システムは、アノードから排出されたオフガスの他部は、燃焼器に供給されて燃焼する。この燃焼に伴って発生する燃焼熱を利用して改質器を加熱することによって、吸熱反応である水蒸気改質を継続的に行うことが可能となる。   In the fuel cell system, the other part of the off-gas discharged from the anode is supplied to the combustor and burned. By heating the reformer using the combustion heat generated along with this combustion, it is possible to continuously perform steam reforming, which is an endothermic reaction.

特開２００７−１２８６８０号公報JP 2007-128680 A

しかしながら、特許文献１に記載の燃料電池システムでは、エジェクタを通過する原料ガスの流量が小さくなると、エジェクタにおいて十分な負圧を発生させることができなくなる。このため、燃料電池セルに対する要求電力が小さくなったことに基づいて、改質器に供給する原料ガスの流量を小さくする場合に、オフガスを適切に吸引できなくなるおそれがある。その結果、改質器に供給できる水蒸気量が不足し、水蒸気改質を安定的に行うことができなくなるという課題があった。   However, in the fuel cell system described in Patent Document 1, when the flow rate of the raw material gas passing through the ejector becomes small, it becomes impossible to generate a sufficient negative pressure in the ejector. For this reason, when the flow rate of the raw material gas supplied to the reformer is reduced based on the reduction in the required power for the fuel cell, there is a possibility that the offgas cannot be sucked appropriately. As a result, there is a problem that the amount of steam that can be supplied to the reformer is insufficient, and steam reforming cannot be performed stably.

例えば、エジェクタに代えてポンプを用いてオフガスを吸引する場合でも、このような課題は同様に生じ得る。一般的に、ポンプは、吐出流量が小さい駆動領域ではその流量が安定しないため、改質器に供給する原料ガスの流量を小さくする場合に、やはり改質器に供給できる水蒸気量が不足する懸念があるからである。一方、ポンプを過度に駆動させてオフガスを吸引し、改質器に供給する水蒸気量を増加させると、それに伴って燃焼器に供給できるオフガスの流量が低下してしまう。このため、燃焼熱を利用した改質器の加熱を十分に行えなくなり、やはり水蒸気改質を安定的に行うことができなくなる。   For example, even when off-gas is sucked by using a pump instead of an ejector, such a problem can occur similarly. In general, since the flow rate of a pump is not stable in a drive region where the discharge flow rate is small, there is a concern that the amount of water vapor that can be supplied to the reformer is insufficient when the flow rate of the raw material gas supplied to the reformer is reduced. Because there is. On the other hand, if the pump is driven excessively to suck off gas and increase the amount of water vapor supplied to the reformer, the flow rate of off gas that can be supplied to the combustor decreases accordingly. For this reason, it is impossible to sufficiently heat the reformer using the combustion heat, and it is impossible to stably perform the steam reforming.

このようにして改質器に供給できる水蒸気量が減少し、改質器における炭化水素量に対する水蒸気量の比であるスチームカーボン比が小さくなると、改質触媒において炭素析出が生じるおそれがある。炭素析出が生じると、改質触媒における改質が妨げ、燃料電池システムの発電効率を低下させる原因となる。   If the amount of water vapor that can be supplied to the reformer decreases in this way and the steam carbon ratio, which is the ratio of the amount of water vapor to the amount of hydrocarbons in the reformer, decreases, carbon deposition may occur in the reforming catalyst. When carbon deposition occurs, reforming in the reforming catalyst is hindered, which causes a decrease in power generation efficiency of the fuel cell system.

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、燃料電池セルのアノードから排出された水蒸気を改質器における水蒸気改質に利用しながらも、炭素析出を抑制することが可能な燃料電池装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of such problems, and its purpose is to suppress carbon deposition while utilizing steam discharged from the anode of the fuel cell for steam reforming in the reformer. It is an object of the present invention to provide a fuel cell device capable of achieving the above.

上記課題を解決するために、本発明に係る燃料電池システムは、燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて電力を発生させる燃料電池システム（１０）であって、水蒸気改質及び部分酸化改質が可能な改質触媒（２５１）を有し、炭化水素を含有する原料ガス、水蒸気及び空気の供給を受け、水素を含有する燃料ガスを生成する改質器（２５）と、前記改質器から供給される燃料ガスと酸化剤ガスとを反応させる燃料電池セル（ＦＣ）と、可燃ガスを燃焼させて前記改質器を加熱する燃焼器（５５）と、前記燃料電池セルのアノード（ＡＮ）から排出されたオフガスを流し、該オフガスの一部を前記改質器に導く循環側流路（５１Ｂ）と、該オフガスの他部を前記燃焼器に導く燃焼側流路（５１Ｃ）と、を有するアノードオフガス流路（５１）と、を備え、前記循環側流路を燃料ガスとともに流れる水蒸気の流量が小さいほど、前記改質器に供給する空気の流量が大きくなるようにし、改質器におけるスチームカーボン比が所定値未満である場合は改質器に空気を供給する一方で、改質器におけるスチームカーボン比が所定値以上である場合は改質器に空気を供給しない。 In order to solve the above problems, a fuel cell system according to the present invention is a fuel cell system (10) that generates electric power using a fuel gas and an oxidant gas, and performs steam reforming and partial oxidation reforming. A reformer (25) having a reforming catalyst (251) capable of receiving a feed gas containing hydrocarbons, steam and air, and generating a fuel gas containing hydrogen; A fuel battery cell (FC) for reacting the supplied fuel gas and oxidant gas, a combustor (55) for burning the combustible gas to heat the reformer, and an anode (AN) for the fuel battery cell A circulation side flow path (51B) for flowing the off gas discharged from the exhaust gas and leading a part of the off gas to the reformer, and a combustion side flow path (51C) for guiding the other part of the off gas to the combustor. An anode off-gas flow path (51) having For example, as the flow rate of steam flowing through the circulation side flow passage with the fuel gas is small, the flow rate of air supplied to the reformer so increases, when the steam carbon ratio in the reformer is smaller than the predetermined value While air is supplied to the reformer, air is not supplied to the reformer when the steam carbon ratio in the reformer is a predetermined value or more.

本発明によれば、燃料電池セルのアノードから排出されたオフガスの一部を、アノードオフガス流路の循環側流路によって改質器に導く。これにより、オフガスが含有している水蒸気が改質器に供給されるため、当該水蒸気を水蒸気改質に利用することが可能となる。   According to the present invention, a part of the off gas discharged from the anode of the fuel battery cell is guided to the reformer by the circulation side passage of the anode off gas passage. Thereby, since the water vapor | steam which offgas contains is supplied to a reformer, it becomes possible to utilize the said water vapor | steam for steam reforming.

さらに、本発明では、オフガスとともに循環側流路を流れる水蒸気の流量が小さい場合は、該流量が大きい場合と比べて改質器に供給する空気の流量を大きくする。改質器に空気を供給することで、改質器では当該空気が含有している酸素と炭化水素とによる部分酸化改質が行われる。これにより、改質器に存在する炭化水素を減少させ、その結果、改質器におけるスチームカーボン比を高めて炭素析出を抑制することが可能となる。   Furthermore, in the present invention, when the flow rate of the water vapor flowing through the circulation side flow path together with the off gas is small, the flow rate of the air supplied to the reformer is made larger than when the flow rate is large. By supplying air to the reformer, partial oxidation reforming with oxygen and hydrocarbons contained in the air is performed in the reformer. Thereby, the hydrocarbon which exists in a reformer is reduced, As a result, it becomes possible to raise the steam carbon ratio in a reformer and to suppress carbon deposition.

本発明によれば、燃料電池セルのアノードから排出された水蒸気を改質器における水蒸気改質に利用しながらも、炭素析出を抑制することが可能な燃料電池装置を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the fuel cell apparatus which can suppress carbon deposition can be provided, utilizing the water vapor | steam discharged | emitted from the anode of the fuel cell for steam reforming in a reformer.

本発明の実施形態に係る燃料電池システムにおけるガスの流れを説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the flow of the gas in the fuel cell system which concerns on embodiment of this invention. 燃料循環率、スチームカーボン比及び炭素析出限界の関係を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the relationship between a fuel circulation rate, a steam carbon ratio, and a carbon deposition limit. 図１に示された制御装置の処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of a process of the control apparatus shown by FIG. 図１に示された制御装置の処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of a process of the control apparatus shown by FIG. 図１に示された制御装置の処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of a process of the control apparatus shown by FIG. 図１に示された改質器の詳細を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the detail of the reformer shown by FIG.

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In order to facilitate the understanding of the description, the same constituent elements in the drawings will be denoted by the same reference numerals as much as possible, and redundant description will be omitted.

まず、図１を参照しながら、本発明の実施形態に係る燃料電池システム１０の構成について説明する。燃料電池システム１０は、燃料電池セルＦＣと、燃料ガス供給部２０と、第１空気供給部３０と、第２空気供給部４０と、オフガス導出部５０と、を備えている。また、燃料電池システム１０は、これらを統合制御する制御装置１００を備えている。   First, the configuration of a fuel cell system 10 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The fuel cell system 10 includes a fuel cell FC, a fuel gas supply unit 20, a first air supply unit 30, a second air supply unit 40, and an off gas deriving unit 50. Further, the fuel cell system 10 includes a control device 100 that performs integrated control of these.

燃料電池セルＦＣは、固体酸化物形燃料電池（Solid Oxide Fuel Cell：ＳＯＦＣ）であり、正極であるアノードＡＮと、負極であるカソードＣＡと、を有している。燃料電池システム１０では、複数の燃料電池セルＦＣを電気的に直列に接続することで、集合体であるセルスタックを構成しているが、説明の簡便のため、図１では１つの燃料電池セルＦＣのみを図示している。燃料電池セルＦＣのアノードＡＮ及びカソードＣＡは、いずれも導電性セラミックスで形成されている。アノードＡＮとカソードＣＡとの間には、イオン伝導性を有する固体電解質（不図示）が設けられている。燃料電池セルＦＣは、供給される燃料ガスと酸化剤ガスとによる電気化学反応を生じさせ、要求電力に対応する電力を発生させる。   The fuel cell FC is a solid oxide fuel cell (SOFC), and includes an anode AN that is a positive electrode and a cathode CA that is a negative electrode. In the fuel cell system 10, a plurality of fuel cells FC are electrically connected in series to form a cell stack as an aggregate. For convenience of explanation, FIG. 1 shows one fuel cell. Only FC is shown. The anode AN and the cathode CA of the fuel cell FC are both made of conductive ceramics. A solid electrolyte (not shown) having ion conductivity is provided between the anode AN and the cathode CA. The fuel cell FC causes an electrochemical reaction by the supplied fuel gas and oxidant gas, and generates electric power corresponding to the required electric power.

燃料電池セルＦＣが燃料電池システム１０の外部の負荷に供給する電力の電流値Ifcは、所定のサンプリング周期で電流センサ６９によって検出される。電流センサ６９は、制御装置１００と電気的に接続されており、検出した電流値Ifcに対応する信号を制御装置１００に送信する。 The current value I fc of the electric power that the fuel cell FC supplies to the load outside the fuel cell system 10 is detected by the current sensor 69 at a predetermined sampling period. The current sensor 69 is electrically connected to the control device 100 and transmits a signal corresponding to the detected current value I fc to the control device 100.

燃料ガス供給部２０は、燃料電池セルＦＣのアノードＡＮに燃料ガスを供給する機能部である。燃料ガス供給部２０は、ブロワ２１と、原料ガス供給路２３と、エジェクタ２４と、改質器２５と、燃料ガス供給路２６と、流量センサ２８と、温度センサ２９と、を有している。   The fuel gas supply unit 20 is a functional unit that supplies fuel gas to the anode AN of the fuel cell FC. The fuel gas supply unit 20 includes a blower 21, a raw material gas supply path 23, an ejector 24, a reformer 25, a fuel gas supply path 26, a flow rate sensor 28, and a temperature sensor 29. .

ブロワ２１は、電力の供給を受けて駆動する電動送風機である。ブロワ２１は、制御装置１００と電気的に接続されており、制御装置１００から受信する制御信号に基づいて駆動する。ブロワ２１の上流側は都市ガスの供給管（不図示）に接続されている。ブロワ２１が駆動すると、メタンを主成分とする都市ガスが上流側から吸引され、下流側の原料ガス供給路２３に吹き出される。本明細書では、この都市ガスのことを「原料ガス」とも称する。   The blower 21 is an electric blower that is driven by receiving power. The blower 21 is electrically connected to the control device 100 and is driven based on a control signal received from the control device 100. The upstream side of the blower 21 is connected to a city gas supply pipe (not shown). When the blower 21 is driven, city gas containing methane as a main component is sucked from the upstream side and blown out to the raw material gas supply path 23 on the downstream side. In the present specification, this city gas is also referred to as “source gas”.

原料ガス供給路２３は、原料ガスを流す流路である。原料ガス供給路２３は、上流側のブロワ２１から下流側の改質器２５まで延びるように形成されている。   The source gas supply channel 23 is a channel through which source gas flows. The source gas supply path 23 is formed to extend from the upstream blower 21 to the downstream reformer 25.

エジェクタ２４は、原料ガス供給路２３の途中に設けられている。エジェクタ２４の内部には流路が形成されており、当該流路の一部は、その上流側から下流側にかけて、流路断面積が漸次減少する絞り部（不図示）となっている。ブロワ２１から原料ガス供給路２３を介してエジェクタ２４に供給される原料ガスは、この絞り部を通過することで流速が増加する。この絞り部を通過する原料ガスの流れは、負圧を発生させる。当該負圧は、後述するようにオフガスの吸引に利用される。   The ejector 24 is provided in the middle of the source gas supply path 23. A flow path is formed inside the ejector 24, and a part of the flow path is a constricted portion (not shown) in which the flow path cross-sectional area gradually decreases from the upstream side to the downstream side. The raw material gas supplied from the blower 21 to the ejector 24 via the raw material gas supply path 23 passes through this throttle part, and the flow velocity increases. The flow of the raw material gas passing through the throttle portion generates a negative pressure. The negative pressure is used for off-gas suction as described later.

流量センサ２８は、ブロワ２１とエジェクタ２４との間の原料ガス供給路２３に設けられている。流量センサ２８は、所定のサンプリング周期で、原料ガス供給路２３を流れる原料ガスの流量Ffuelを検出する。流量センサ２８は、制御装置１００と電気的に接続されており、検出した流量Ffuelに対応する信号を制御装置１００に送信する。 The flow sensor 28 is provided in the raw material gas supply path 23 between the blower 21 and the ejector 24. The flow sensor 28 detects the flow rate F fuel of the source gas flowing through the source gas supply path 23 at a predetermined sampling period. The flow rate sensor 28 is electrically connected to the control device 100 and transmits a signal corresponding to the detected flow rate F fuel to the control device 100.

改質器２５は、原料ガス供給路２３の下流端に接続されている。改質器２５は、金属製の容器２５２によってその外形が形成されており、その容器２５２の内部に多数の改質触媒２５１が配置されている（図６参照）。改質器２５は、原料ガス供給路２３を介して供給される原料ガスを、この改質触媒２５１によって改質し、下流側の燃料ガス供給路２６に排出する。本明細書では、改質器２５によって改質された原料ガスのことを「燃料ガス」とも称する。   The reformer 25 is connected to the downstream end of the source gas supply path 23. The outer shape of the reformer 25 is formed by a metal container 252, and a large number of reforming catalysts 251 are arranged inside the container 252 (see FIG. 6). The reformer 25 reforms the source gas supplied via the source gas supply path 23 by the reforming catalyst 251 and discharges it to the fuel gas supply path 26 on the downstream side. In the present specification, the raw material gas reformed by the reformer 25 is also referred to as “fuel gas”.

改質触媒２５１は、次式ｆ１で示されるように、炭化水素及び酸素から水素を生成する部分酸化改質を行うことができる。部分酸化改質は発熱反応であるため、部分酸化改質を行う際は改質触媒２５１及び改質器２５が昇温して高温となる。   The reforming catalyst 251 can perform partial oxidation reforming that generates hydrogen from hydrocarbons and oxygen, as shown by the following formula f1. Since partial oxidation reforming is an exothermic reaction, when performing partial oxidation reforming, the reforming catalyst 251 and the reformer 25 are heated to a high temperature.

Figure 0006439545
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また、改質触媒２５１は、次式ｆ２で示されるように、炭化水素及び水蒸気から水素を生成する水蒸気改質を行うことができる。水蒸気改質は、部分酸化改質と比べて水素の収率が高い改質方法である。すなわち、水蒸気改質によれば、部分酸化改質と同量の炭化水素の供給を受けた場合に、部分酸化改質よりも多くの水素を生成することができる。水蒸気改質は吸熱反応であるため、その改質を安定的に行うためには、外部から改質触媒２５１に熱を供給し、改質触媒２５１を活性温度の６００℃以上に保持することが必要となる。   Further, the reforming catalyst 251 can perform steam reforming to generate hydrogen from hydrocarbons and steam as shown by the following formula f2. Steam reforming is a reforming method in which the yield of hydrogen is higher than partial oxidation reforming. That is, according to steam reforming, more hydrogen can be generated than partial oxidation reforming when supplied with the same amount of hydrocarbon as in partial oxidation reforming. Since steam reforming is an endothermic reaction, in order to stably perform the reforming, it is necessary to supply heat to the reforming catalyst 251 from the outside and keep the reforming catalyst 251 at an activation temperature of 600 ° C. or higher. Necessary.

Figure 0006439545
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温度センサ２９は、改質器２５に設けられている。温度センサ２９は、所定のサンプリング周期で、改質器２５の温度Trefを検出する。温度センサ２９は、制御装置１００と電気的に接続されており、検出した温度Trefに対応する信号を制御装置１００に送信する。 The temperature sensor 29 is provided in the reformer 25. The temperature sensor 29 detects the temperature T ref of the reformer 25 at a predetermined sampling period. The temperature sensor 29 is electrically connected to the control device 100 and transmits a signal corresponding to the detected temperature T ref to the control device 100.

燃料ガス供給路２６は、上流側の改質器２５から下流側の燃料電池セルＦＣまで延びるように形成された流路である。燃料ガス供給路２６は、改質器２５から排出された燃料ガスを流し、燃料電池セルＦＣのアノードＡＮに導く。   The fuel gas supply path 26 is a flow path formed to extend from the upstream reformer 25 to the downstream fuel cell FC. The fuel gas supply path 26 flows the fuel gas discharged from the reformer 25 and guides it to the anode AN of the fuel cell FC.

第１空気供給部３０は、燃料電池セルＦＣのカソードに酸化剤ガスを供給する機能部である。第１空気供給部３０は、ブロワ３１と、空気供給路３２と、空気予熱器３３と、予熱空気供給路３５と、流量センサ３９と、を有している。   The first air supply unit 30 is a functional unit that supplies an oxidant gas to the cathode of the fuel cell FC. The first air supply unit 30 includes a blower 31, an air supply path 32, an air preheater 33, a preheated air supply path 35, and a flow rate sensor 39.

ブロワ３１は、電力の供給を受けて駆動する電動送風機である。ブロワ３１は、制御装置１００と電気的に接続されており、制御装置１００から受信する制御信号に基づいて駆動する。ブロワ３１が駆動すると、燃料電池システム１０の外部から空気が吸引され、下流側の空気供給路３２に吹き出される。本明細書では、この空気のことを「発電用空気」とも称する。   The blower 31 is an electric blower that is driven by receiving power. The blower 31 is electrically connected to the control device 100 and is driven based on a control signal received from the control device 100. When the blower 31 is driven, air is sucked from the outside of the fuel cell system 10 and blown out to the downstream air supply path 32. In the present specification, this air is also referred to as “power generation air”.

空気供給路３２は、その上流端がブロワ３１に接続され、下流端が空気予熱器３３に接続された流路である。空気供給路３２は、ブロワ３１によって吹き出された発電用空気を流し、空気予熱器３３に導く。   The air supply path 32 is a flow path having an upstream end connected to the blower 31 and a downstream end connected to the air preheater 33. The air supply path 32 flows the air for power generation blown by the blower 31 and guides it to the air preheater 33.

空気予熱器３３は、発電用空気と他の流体とで熱交換を行わせる熱交換器である。空気予熱器３３は、空気供給路３２を介して供給される発電用空気を流す流路が内部に形成されている。また、空気予熱器３３は、後述する燃焼ガス流路５６を介して供給される燃焼ガスを流す流路が内部に形成されている。   The air preheater 33 is a heat exchanger that exchanges heat between the power generation air and another fluid. The air preheater 33 is formed with a flow path through which air for power generation supplied via the air supply path 32 flows. Further, the air preheater 33 is formed with a flow path for flowing a combustion gas supplied via a combustion gas flow path 56 described later.

予熱空気供給路３５は、発電用空気を流す流路である。予熱空気供給路３５は、上流側の空気予熱器３３から下流側の燃料電池セルＦＣまで延びるように形成されている。予熱空気供給路３５は、空気予熱器３３から排出された発電用空気を流し、燃料電池セルＦＣのカソードＣＡに導く。   The preheating air supply channel 35 is a channel through which power generation air flows. The preheating air supply path 35 is formed so as to extend from the upstream air preheater 33 to the downstream fuel cell FC. The preheated air supply path 35 flows the air for power generation discharged from the air preheater 33 and guides it to the cathode CA of the fuel cell FC.

第２空気供給部４０は、改質器２５に空気を供給する機能部である。第２空気供給部４０は、ブロワ４１と、空気供給路４２と、流量センサ４９と、を有している。   The second air supply unit 40 is a functional unit that supplies air to the reformer 25. The second air supply unit 40 includes a blower 41, an air supply path 42, and a flow rate sensor 49.

ブロワ４１は、電力の供給を受けて駆動する電動送風機である。ブロワ４１は、制御装置１００と電気的に接続されており、制御装置１００から受信する制御信号に基づいて駆動する。ブロワ４１が駆動すると、燃料電池システム１０の外部から空気が吸引され、空気供給路４２に吹き出される。本明細書では、この空気のことを「改質用空気」とも称する。   The blower 41 is an electric blower that is driven by receiving electric power. The blower 41 is electrically connected to the control device 100 and is driven based on a control signal received from the control device 100. When the blower 41 is driven, air is sucked from the outside of the fuel cell system 10 and blown out to the air supply path 42. In the present specification, this air is also referred to as “reforming air”.

空気供給路４２は、その上流端がブロワ４１に接続され、下流端がエジェクタ２４よりも上流側で原料ガス供給路２３に接続された流路である。空気供給路４２は、ブロワ４１によって吹き出された改質用空気を流し、原料ガス供給路２３に導く。   The air supply path 42 is a flow path whose upstream end is connected to the blower 41 and whose downstream end is connected to the source gas supply path 23 upstream of the ejector 24. The air supply path 42 flows the reforming air blown out by the blower 41 and guides it to the source gas supply path 23.

流量センサ４９は、空気供給路４２に設けられている。流量センサ４９は、空気供給路４２を流れる改質用空気の流量Fair2を検出する。流量センサ２８は、制御装置１００と電気的に接続されており、検出した流量Fair2に対応する信号を制御装置１００に送信する。 The flow sensor 49 is provided in the air supply path 42. The flow sensor 49 detects the flow rate F air2 of the reforming air flowing through the air supply path 42. The flow rate sensor 28 is electrically connected to the control device 100 and transmits a signal corresponding to the detected flow rate F air2 to the control device 100.

オフガス導出部５０は、アノードオフガス流路５１と、カソードオフガス流路５３と、燃焼器５５と、燃焼ガス流路５６と、上流側流量センサ５８と、循環側流量センサ５９と、を有している。   The off-gas deriving unit 50 includes an anode off-gas channel 51, a cathode off-gas channel 53, a combustor 55, a combustion gas channel 56, an upstream flow rate sensor 58, and a circulation side flow rate sensor 59. Yes.

アノードオフガス流路５１は、燃料電池セルＦＣのアノードＡＮから排出されたオフガス（以下、これを「アノードオフガス」ともいう）を流す流路である。アノードオフガス流路５１は、上流側流路５１Ａと、上流側流路５１Ａから分岐部５１１において分岐する循環側流路５１Ｂ及び燃焼側流路５１Ｃと、を有している。   The anode off-gas channel 51 is a channel through which off-gas discharged from the anode AN of the fuel cell FC (hereinafter also referred to as “anode off-gas”). The anode off-gas flow channel 51 includes an upstream flow channel 51A, and a circulation-side flow channel 51B and a combustion-side flow channel 51C that branch from the upstream flow channel 51A at the branching portion 511.

燃料電池セルＦＣのアノードＡＮから排出されたアノードオフガスは、アノードオフガス流路５１の上流側流路５１Ａに流入する。このアノードオフガスは、上流側流路５１Ａを下流側に流れると、分岐部５１１において分流し、その一部が循環側流路５１Ｂに流入し、他部が燃焼側流路５１Ｃに流入する。   The anode off gas discharged from the anode AN of the fuel cell FC flows into the upstream flow path 51 </ b> A of the anode off gas flow path 51. When this anode off-gas flows downstream in the upstream flow path 51A, it is branched in the branching section 511, part of which flows into the circulation side flow path 51B, and the other part flows into the combustion side flow path 51C.

循環側流路５１Ｂは、分岐部５１１からエジェクタ２４まで延びている。したがって、燃料電池セルＦＣのアノードＡＮから排出されたアノードオフガスの一部は、エジェクタ２４が発生させる負圧によって吸引され、循環側流路５１Ｂを流れてエジェクタ２４に導かれる。   The circulation side flow path 51B extends from the branch portion 511 to the ejector 24. Accordingly, a part of the anode off-gas discharged from the anode AN of the fuel cell FC is sucked by the negative pressure generated by the ejector 24, flows through the circulation side flow path 51B, and is guided to the ejector 24.

燃焼側流路５１Ｃは、分岐部５１１から燃焼器５５まで延びている。したがって、燃料電池セルＦＣのアノードＡＮから排出されたアノードオフガスの他部は、燃焼側流路５１Ｃを流れて燃焼器５５に導かれる。   The combustion side flow path 51 </ b> C extends from the branch portion 511 to the combustor 55. Therefore, the other part of the anode off-gas discharged from the anode AN of the fuel cell FC flows through the combustion side flow path 51C and is guided to the combustor 55.

カソードオフガス流路５３は、上流側の燃料電池セルＦＣから下流側の燃焼器５５まで延びるように形成された流路である。カソードオフガス流路５３は、燃料電池セルＦＣのカソードＣＡから排出されたオフガス（以下、これを「カソードオフガス」ともいう）を燃焼器５５に導く。   The cathode off-gas channel 53 is a channel formed so as to extend from the upstream fuel cell FC to the downstream combustor 55. The cathode offgas flow path 53 guides offgas (hereinafter also referred to as “cathode offgas”) discharged from the cathode CA of the fuel cell FC to the combustor 55.

燃焼器５５は、供給される可燃ガスに着火し、当該可燃ガスを燃焼させる機器である。燃焼器５５は、改質器２５に近接して設けられ、改質器２５との熱交換が可能となるように構成されている。これにより、改質器２５は、燃焼器５５が可燃ガスを燃焼させた際に発生する燃焼熱によって加熱される。   The combustor 55 is a device that ignites the supplied combustible gas and burns the combustible gas. The combustor 55 is provided in the vicinity of the reformer 25 and is configured to be able to exchange heat with the reformer 25. Thereby, the reformer 25 is heated by the combustion heat generated when the combustor 55 burns the combustible gas.

燃焼ガス流路５６は、上流側の燃焼器５５から下流側の空気予熱器４３まで延びるように形成された流路である。燃焼ガス流路５６は、燃焼器５５における可燃ガスの燃焼に伴って発生した燃焼ガスを流し、空気予熱器４３に導く。   The combustion gas channel 56 is a channel formed so as to extend from the upstream combustor 55 to the downstream air preheater 43. The combustion gas channel 56 flows the combustion gas generated along with the combustion of the combustible gas in the combustor 55 and guides it to the air preheater 43.

上流側流量センサ５８は、アノードオフガス流路５１の上流側流路５１Ａに設けられている。上流側流量センサ５８は、所定のサンプリング周期で、上流側流路５１Ａを流れるアノードオフガスの流量Foffを検出する。上流側流量センサ５８は、制御装置１００と電気的に接続されており、検出した流量Foffに対応する信号を制御装置１００に送信する。 The upstream flow rate sensor 58 is provided in the upstream flow path 51 </ b> A of the anode off gas flow path 51. The upstream flow rate sensor 58 detects the flow rate F off of the anode off gas flowing through the upstream flow path 51A at a predetermined sampling period. The upstream flow rate sensor 58 is electrically connected to the control device 100 and transmits a signal corresponding to the detected flow rate F off to the control device 100.

循環側流量センサ５９は、アノードオフガス流路５１の循環側流路５１Ｂに設けられている。循環側流量センサ５９は、所定のサンプリング周期で、循環側流路５１Ｂを流れるアノードオフガスの流量Fcycを検出する。循環側流量センサ５９は、制御装置１００と電気的に接続されており、検出した流量Fcycに対応する信号を制御装置１００に送信する。 The circulation side flow rate sensor 59 is provided in the circulation side flow channel 51 </ b> B of the anode off gas flow channel 51. The circulation side flow rate sensor 59 detects the flow rate F cyc of the anode off gas flowing through the circulation side flow path 51B at a predetermined sampling period. The circulation-side flow rate sensor 59 is electrically connected to the control device 100 and transmits a signal corresponding to the detected flow rate F cyc to the control device 100.

次に、以上のように構成された燃料電池システム１０が電力を発生させる際の基本的な動作について説明する。   Next, a basic operation when the fuel cell system 10 configured as described above generates electric power will be described.

燃料ガス供給部２０のブロワ２１によって吹き出された原料ガスは、前述したように原料ガス供給路２３を流れる。原料ガスは、エジェクタ２４においてアノードオフガスと合流し、改質器２５に供給される。   The raw material gas blown out by the blower 21 of the fuel gas supply unit 20 flows through the raw material gas supply path 23 as described above. The raw material gas merges with the anode off gas in the ejector 24 and is supplied to the reformer 25.

ここで、アノードオフガスは、燃料電池セルＦＣにおける電気化学反応に用いられなかった燃料ガスと、電気化学反応に伴って生成された水蒸気とを含有している。したがって、原料ガスとアノードオフガスとが合流して改質器２５に供給されることで、改質触媒２５１では、原料ガスを水蒸気によって改質する水蒸気改質が行われる。これにより、原料ガスは水素リッチな燃料ガスとなる。この燃料ガスは、燃料ガス供給路２６によって燃料電池セルＦＣのアノードＡＮに導かれる。   Here, the anode off gas contains a fuel gas that has not been used for the electrochemical reaction in the fuel cell FC and water vapor that has been generated in association with the electrochemical reaction. Therefore, when the raw material gas and the anode off gas are merged and supplied to the reformer 25, the reforming catalyst 251 performs steam reforming for reforming the raw material gas with steam. Thereby, the source gas becomes a hydrogen-rich fuel gas. This fuel gas is guided to the anode AN of the fuel cell FC by the fuel gas supply path 26.

一方、第１空気供給部３０のブロワ３１によって吹き出された発電用空気は、前述したように空気供給路３２を流れ、空気予熱器３３に供給される。空気予熱器３３には、燃焼器５５から燃焼ガス流路５６を介して供給される高温の燃焼ガスが流れている。したがって、空気予熱器３３に供給された発電用空気は、高温の燃焼ガスと熱交換を行うことで加熱され、昇温する。空気予熱器３３から排出された発電用空気は、予熱空気供給路３５によって燃料電池セルＦＣのカソードＣＡに導かれる。   On the other hand, the power generation air blown out by the blower 31 of the first air supply unit 30 flows through the air supply path 32 and is supplied to the air preheater 33 as described above. A high-temperature combustion gas supplied from the combustor 55 via the combustion gas passage 56 flows through the air preheater 33. Therefore, the power generation air supplied to the air preheater 33 is heated and heated by exchanging heat with the high-temperature combustion gas. The power generation air discharged from the air preheater 33 is guided to the cathode CA of the fuel cell FC through the preheated air supply path 35.

燃料電池セルＦＣは、このようにして供給される燃料ガスと空気とを用いて電力を発生させる。詳細には、燃料電池セルＦＣは、アノードＡＮに供給された燃料ガスが含有している水素と、カソードＣＡに供給された空気が含有している酸素とを用いて電気化学反応を生じさせることで、電気エネルギーを発生させている。   The fuel cell FC generates electric power using the fuel gas and air supplied in this way. Specifically, the fuel cell FC causes an electrochemical reaction using hydrogen contained in the fuel gas supplied to the anode AN and oxygen contained in the air supplied to the cathode CA. And generating electrical energy.

アノードＡＮから排出されるアノードオフガスは、燃料電池セルＦＣにおける電気化学反応に用いられなかった水素を含有している。このため、アノードオフガスの一部を、循環側流路５１Ｂによって改質器２５に戻し、再度アノードＡＮに導くことで、発電効率を高めることが可能となる。アノードオフガスの他部は、燃焼側流路５１Ｃによって燃焼器５５に供給される。   The anode off gas discharged from the anode AN contains hydrogen that has not been used for the electrochemical reaction in the fuel cell FC. For this reason, part of the anode off-gas is returned to the reformer 25 by the circulation-side flow path 51B, and is again guided to the anode AN, thereby improving the power generation efficiency. The other part of the anode off gas is supplied to the combustor 55 through the combustion side flow path 51C.

また、アノードＡＮから排出されるアノードオフガスは、燃料電池セルＦＣにおける電気化学反応に伴って生成された水蒸気を含有している。このため、アノードオフガスの一部を、循環側流路５１Ｂによって改質器２５に戻すことで、この水蒸気を利用した水蒸気改質を行うことが可能となる。すなわち、燃料電池システム１０の外部から水の供給を受けることなく、改質器２５において水蒸気改質を行うことができる。このため、燃料電池システム１０に、外部から水を取り込む機構や、その水を加熱して水蒸気を生成する機構を搭載する必要が無く、低コストながらも信頼性の高いシステムを構築することが可能となる。   Moreover, the anode off gas discharged | emitted from anode AN contains the water vapor | steam produced | generated with the electrochemical reaction in the fuel cell FC. For this reason, it becomes possible to perform steam reforming using this steam by returning a part of the anode off-gas to the reformer 25 by the circulation side flow path 51B. That is, steam reforming can be performed in the reformer 25 without receiving supply of water from the outside of the fuel cell system 10. For this reason, it is not necessary to mount a mechanism for taking in water from the outside or a mechanism for generating water vapor by heating the water in the fuel cell system 10, and it is possible to construct a low-cost but highly reliable system. It becomes.

また、カソードＣＡから排出されるカソードオフガスは、燃料電池セルＦＣにおける電気化学反応に用いられなかった酸素を含有している。このカソードオフガスは、カソードオフガス流路５３によって燃焼器５５に供給される。   Further, the cathode off-gas discharged from the cathode CA contains oxygen that has not been used for the electrochemical reaction in the fuel cell FC. This cathode off gas is supplied to the combustor 55 through the cathode off gas flow channel 53.

燃焼器５５では、以上のようにして供給される水素と酸素を用いて燃焼を行う。これにより、発生する燃焼熱を利用した改質器２５及び改質触媒２５１の加熱を行うことが可能となり、吸熱反応である水蒸気改質を改質器２５において安定的に行うことができる。   The combustor 55 performs combustion using the hydrogen and oxygen supplied as described above. As a result, it is possible to heat the reformer 25 and the reforming catalyst 251 using the generated combustion heat, and steam reforming that is an endothermic reaction can be stably performed in the reformer 25.

ところで、本燃料電池システム１０では、エジェクタ２４を通過する原料ガスの流量が小さくなると、エジェクタ２４において十分な負圧が発生させることができなくなる。このため、燃料電池セルＦＣに対する要求電力が小さくなったことに基づいて、改質器２５に供給する原料ガスの流量を小さくする場合に、アノードオフガスを適切に吸引できなくなるおそれがある。その結果、改質器２５に供給できる水蒸気量が不足し、水蒸気改質を安定的に行うことができなくなるおそれがある。   By the way, in the present fuel cell system 10, when the flow rate of the raw material gas passing through the ejector 24 becomes small, a sufficient negative pressure cannot be generated in the ejector 24. For this reason, when the flow rate of the raw material gas supplied to the reformer 25 is reduced based on the reduction in the required power for the fuel cell FC, the anode off gas may not be sucked appropriately. As a result, the amount of steam that can be supplied to the reformer 25 is insufficient, and steam reforming may not be performed stably.

このようにして改質器２５に供給できる水蒸気量が減少し、改質器２５における炭化水素量に対する水蒸気量の比であるスチームカーボン比が小さくなると、改質触媒２５１において炭素析出が生じるおそれがある。炭素析出が生じると、改質触媒２５１における改質が妨げ、燃料電池システム１０の発電効率を低下させる原因となる。   If the amount of steam that can be supplied to the reformer 25 in this way decreases and the steam carbon ratio, which is the ratio of the amount of steam to the amount of hydrocarbons in the reformer 25, decreases, carbon deposition may occur in the reforming catalyst 251. is there. When carbon deposition occurs, reforming in the reforming catalyst 251 is hindered, which causes a reduction in power generation efficiency of the fuel cell system 10.

そこで、燃料電池システム１０は、改質器２５において水蒸気改質を行う際に、第２空気供給部４０によって改質器２５に空気を適宜供給することで、改質触媒２５１において部分酸化改質反応を生じさせることで炭素析出を抑制している。この部分酸化改質は発熱反応であることから、改質器２５内部で同時に生じる吸熱反応である水蒸気改質に熱供給することが可能である。以下、図２乃至図６を参照しながら、燃料電池システム１０による改質器２５の炭素析出の抑制及び反応温度の制御方法について説明する。   Therefore, when the steam reforming is performed in the reformer 25, the fuel cell system 10 appropriately supplies air to the reformer 25 by the second air supply unit 40, so that the partial oxidation reforming is performed in the reforming catalyst 251. Carbon precipitation is suppressed by causing a reaction. Since this partial oxidation reforming is an exothermic reaction, it is possible to supply heat to steam reforming, which is an endothermic reaction that occurs simultaneously inside the reformer 25. Hereinafter, a method for suppressing carbon deposition of the reformer 25 and controlling the reaction temperature by the fuel cell system 10 will be described with reference to FIGS.

燃料循環率ηcycと、改質器２５におけるスチームカーボン比S/Cとの関係を図２に示す。燃料循環率ηcycは、上流側流路５１Ａを流れるアノードオフガスの流量Foffに対する、循環側流路５１Ｂを流れるアノードオフガスの流量Fcycの比を百分率で示すものであり、次式ｆ３で表される。また、改質器２５におけるスチームカーボン比S/Cは、改質器２５に供給される原料ガスの流量Ffuelと、循環側流路５１Ｂを介して改質器２５に供給される水蒸気の流量FH2Oとに基づいて、次式ｆ４で表される。 FIG. 2 shows the relationship between the fuel circulation rate η cyc and the steam carbon ratio S / C in the reformer 25. The fuel circulation rate η cyc is a ratio of the flow rate F cyc of the anode off gas flowing through the circulation side flow channel 51B to the flow rate F off of the anode off gas flowing through the upstream flow channel 51A, expressed as a percentage. Is done. Further, the steam carbon ratio S / C in the reformer 25 is determined based on the flow rate F fuel of the raw material gas supplied to the reformer 25 and the flow rate of water vapor supplied to the reformer 25 via the circulation side channel 51B. Based on F H2O , it is expressed by the following formula f4.

Figure 0006439545
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Figure 0006439545
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図２に示されるように、燃料循環率ηcycが増加するほど、改質器２５におけるスチームカーボン比S/Cも増加する関係がある。これは、燃料循環率ηcycが大きいほど、水蒸気を含有しているアノードオフガスが改質器２５に多量に供給されるからである。一般的に、炭素析出を抑制するためには、スチームカーボン比S/Cが３．０程度であることが好ましく、この場合の燃料循環率ηcycは７０％程度となる。スチームカーボン比S/Cが２．０を下回ると、炭素析出の懸念が高まる。スチームカーボン比S/Cが２．０となる炭素析出限界における燃料循環率ηcycは、６０％程度となる。すなわち、燃料循環率ηcycを６０％よりも大きくし、スチームカーボン比S/Cを２．０よりも大きい値に維持することで、炭素析出の抑制を図ることが可能となる。また、改質触媒２５１における水蒸気改質を安定的に行うために、改質触媒２５１の温度を６００℃以上に維持することで改質性能を確保することが可能となる。 As shown in FIG. 2, the steam carbon ratio S / C in the reformer 25 increases as the fuel circulation rate η cyc increases. This is because the larger the fuel circulation rate η cyc , the larger the amount of anode off-gas containing steam is supplied to the reformer 25. Generally, in order to suppress carbon deposition, the steam carbon ratio S / C is preferably about 3.0, and the fuel circulation rate η cyc in this case is about 70%. When the steam carbon ratio S / C is less than 2.0, the concern about carbon deposition increases. The fuel circulation rate η cyc at the carbon deposition limit where the steam carbon ratio S / C is 2.0 is about 60%. That is, it is possible to suppress carbon deposition by setting the fuel circulation rate η cyc to be greater than 60% and maintaining the steam carbon ratio S / C to a value greater than 2.0. In addition, in order to stably perform steam reforming in the reforming catalyst 251, it is possible to ensure reforming performance by maintaining the temperature of the reforming catalyst 251 at 600 ° C. or higher.

次に、以上のような考えに基づいた制御装置１００による処理について説明する。制御装置１００は、まず、炭素析出抑制の観点から改質器２５に供給する必要がある空気の流量Fair2SV1と、改質器２５の加熱の観点から改質器２５に供給する必要がある空気の流量Fair2SV2と、を算出する。さらに、制御装置１００は、この流量Fair2SV1及び流量Fair2SV2に基づいて、第２空気供給部４０によって改質器２５に供給する必要がある空気の流量Fair2SVを決定する。 Next, processing by the control device 100 based on the above idea will be described. The control device 100 firstly needs an air flow rate F air2SV1 that needs to be supplied to the reformer 25 from the viewpoint of suppressing carbon deposition, and air that needs to be supplied to the reformer 25 from the viewpoint of heating the reformer 25. The flow rate F air2SV2 is calculated. Further, the control device 100 determines a flow rate F air2SV of air that needs to be supplied to the reformer 25 by the second air supply unit 40 based on the flow rate F air2SV1 and the flow rate F air2SV2 .

まず、図３を参照しながら、炭素析出抑制の観点から改質器２５に供給する必要がある空気の流量Fair2SV1を算出する際に、制御装置１００が実行する処理について説明する。図３は、改質器２５において水蒸気改質を行っている際に、流量Fair2SV1を算出する場合の制御装置１００の処理の流れを示している。 First, referring to FIG. 3, a process executed by the control device 100 when calculating the air flow rate F air2SV1 that needs to be supplied to the reformer 25 from the viewpoint of suppressing carbon deposition will be described. FIG. 3 shows a processing flow of the control device 100 when the flow rate Fair2SV1 is calculated when steam reforming is performed in the reformer 25.

まず、制御装置１００は、ステップＳ１１で、循環側流路５１Ｂを介して改質器２５に供給される水蒸気の流量FH2Oを算出する。この流量FH2Oは、原料ガス供給路２３を介して改質器２５に供給される原料ガスの流量Ffuelと、燃料電池セルＦＣが負荷に供給する電力の電流値Ifcと、燃料循環率ηcycに基づいて、公知の方法によって算出することができる。 First, in step S11, the control device 100 calculates the flow rate F H2O of water vapor that is supplied to the reformer 25 via the circulation side flow path 51B. This flow rate F H2O is the flow rate F fuel of the raw material gas supplied to the reformer 25 via the raw material gas supply path 23, the current value I fc of the electric power supplied to the load by the fuel cell FC, and the fuel circulation rate. Based on η cyc , it can be calculated by a known method.

次に、制御装置１００は、ステップＳ１２で、改質器２５におけるスチームカーボン比S/Cを算出する。当該スチームカーボン比S/Cは、ステップＳ１１で算出した流量FH2Oと、原料ガス供給路２３を介して改質器２５に供給される原料ガスの流量Ffuelを基づいて、前述した式ｆ４によって算出される。 Next, the control apparatus 100 calculates the steam carbon ratio S / C in the reformer 25 in step S12. The steam carbon ratio S / C is calculated by the above-described equation f4 based on the flow rate F H2O calculated in step S11 and the flow rate F fuel of the raw material gas supplied to the reformer 25 through the raw material gas supply path 23. Calculated.

次に、制御装置１００は、ステップＳ１３で、スチームカーボン比S/Cが２．０以上であるか否かを判定する。スチームカーボン比S/Cが２．０以上ではないと判定した場合（Ｓ１３：ＮＯ）、すなわち、炭素析出の懸念が高まっている場合、制御装置１００は、ステップＳ１４の処理に進む。   Next, the control apparatus 100 determines whether steam carbon ratio S / C is 2.0 or more by step S13. When it is determined that the steam carbon ratio S / C is not 2.0 or more (S13: NO), that is, when there is an increased concern about carbon deposition, the control device 100 proceeds to the process of step S14.

次に、制御装置１００は、ステップＳ１４で、ステップＳ１１で算出した流量FH2Oと、原料ガス供給路２３を介して改質器２５に供給される原料ガスの流量Ffuelに基づいて、炭素析出抑制の観点から改質器２５に供給する必要がある空気の流量Fair2SV1を算出する。 Next, in step S14, the control device 100 performs carbon deposition based on the flow rate F H2O calculated in step S11 and the flow rate F fuel of the raw material gas supplied to the reformer 25 via the raw material gas supply path 23. A flow rate F air2SV1 of air that needs to be supplied to the reformer 25 from the viewpoint of suppression is calculated.

流量Fair2SV1の算出方法について詳述する。まず、循環側流路５１Ｂを介して改質器２５に供給される水蒸気の流量FH2Oに基づいて、改質器２５におけるスチームカーボン比が２．０である場合に、改質器２５に供給される原料ガスの流量FfuelALを、次式ｆ５で算出する。 A method for calculating the flow rate F air2SV1 will be described in detail. First, when the steam carbon ratio in the reformer 25 is 2.0 based on the flow rate F H2O of the steam supplied to the reformer 25 via the circulation side flow path 51B, the supply to the reformer 25 is performed. The flow rate F fuelAL of the raw material gas is calculated by the following equation f5.

Figure 0006439545
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この流量FfuelALを超過して改質器２５に供給される原料ガスが含有している炭化水素が、水蒸気改質が行われずに炭素析出を生じさせることになる。したがって、この超過した分の原料ガスが含有している炭化水素を、改質器２５に供給する空気が含有している酸素と反応させ、炭化水素量を減少させることで、改質器２５におけるスチームカーボン比S/Cを２．０以上とし、炭素析出を抑制することができる。このような炭素析出抑制の観点より、改質器２５に供給する必要がある空気の流量Fair2SV1は、次式ｆ６で算出される。 The hydrocarbon contained in the raw material gas supplied to the reformer 25 in excess of the flow rate F fuelAL causes carbon deposition without performing steam reforming. Therefore, the hydrocarbon contained in the excess raw material gas is reacted with oxygen contained in the air supplied to the reformer 25 to reduce the amount of hydrocarbons. Steam carbon ratio S / C can be 2.0 or more, and carbon deposition can be suppressed. From the viewpoint of suppressing carbon deposition, the air flow rate F air2SV1 that needs to be supplied to the reformer 25 is calculated by the following equation f6.

Figure 0006439545
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ここで、式ｆ６のαは、空気中の酸素量に基づいて、決定される補正係数である。すなわち、空気中の酸素と窒素との組成比が概ね２１：７９であることから、補正係数αは次式ｆ７のように決定される。   Here, α in Expression f6 is a correction coefficient determined based on the amount of oxygen in the air. That is, since the composition ratio of oxygen and nitrogen in the air is approximately 21:79, the correction coefficient α is determined as in the following equation f7.

Figure 0006439545
Figure 0006439545

一方、ステップＳ１３で、スチームカーボン比S/Cが２．０以上であると判定した場合（Ｓ１３：ＹＥＳ）、すなわち、炭素析出の懸念がない場合、制御装置１００は、ステップＳ１５の処理に進む。   On the other hand, when it is determined in step S13 that the steam carbon ratio S / C is 2.0 or more (S13: YES), that is, when there is no concern about carbon deposition, the control device 100 proceeds to the process of step S15. .

次に、制御装置１００は、ステップＳ１５で、炭素析出抑制の観点から改質器２５に供給する必要がある空気の流量Fair2SV1をゼロとする。すなわち、炭素析出の懸念がないため、炭素析出抑制の観点からは、改質器２５への空気の供給は不要とする。 Next, in step S15, the control device 100 sets the air flow rate F air2SV1 that needs to be supplied to the reformer 25 from the viewpoint of suppressing carbon deposition to zero. That is, since there is no concern about carbon deposition, it is not necessary to supply air to the reformer 25 from the viewpoint of suppressing carbon deposition.

続いて、図４を参照しながら、改質器２５の加熱の観点から改質器２５に供給する必要がある空気の流量Fair2SV2を算出する際に、制御装置１００が実行する処理について説明する。図４は、改質器２５において水蒸気改質を行っている際に、流量Fair2SV2を算出する場合の制御装置１００の処理の流れを示している。 Next, the processing executed by the control device 100 when calculating the flow rate F air2SV2 of air that needs to be supplied to the reformer 25 from the viewpoint of heating the reformer 25 will be described with reference to FIG. . FIG. 4 shows a process flow of the control device 100 when the flow rate Fair2SV2 is calculated when steam reforming is performed in the reformer 25.

まず、制御装置１００は、ステップＳ２１で、改質器２５の温度Trefが６００℃以上であるか否かを判定する。温度Trefが６００℃以上ではないと判定した場合（Ｓ２１：ＮＯ）、すなわち、改質器２５の温度Trefが低く、水蒸気改質を適切に行うことができない場合、制御装置１００は、ステップＳ２２の処理に進む。 First, in step S21, the control device 100 determines whether or not the temperature T ref of the reformer 25 is 600 ° C. or higher. When it is determined that the temperature T ref is not 600 ° C. or higher (S21: NO), that is, when the temperature T ref of the reformer 25 is low and steam reforming cannot be performed appropriately, the control device 100 performs the step The process proceeds to S22.

次に、制御装置１００は、ステップＳ２２で、改質器２５の温度Trefに基づいて、燃焼器５５による加熱での不足分を、部分酸化改質の反応熱によって付与するという観点から、改質器２５に供給する必要がある空気の流量Fair2SV2を算出する。 Next, in step S22, the control device 100 modifies the shortage due to the heating by the combustor 55 based on the temperature T ref of the reformer 25 from the viewpoint of providing the reaction heat of the partial oxidation reforming. The air flow rate F air2SV2 that needs to be supplied to the mass device 25 is calculated.

流量Fair2SV2の算出方法について詳述する。まず、改質器２５の温度Trefに基づいて、改質器の温度を６００℃まで上昇させるために必要となる熱量Ｑを次式ｆ８によって算出する。 A method for calculating the flow rate F air2SV2 will be described in detail. First, based on the temperature T ref of the reformer 25, the amount of heat Q required to raise the temperature of the reformer to 600 ° C. is calculated by the following equation f8.

Figure 0006439545
Figure 0006439545

この熱量Ｑを、改質器２５における部分酸化改質に伴う発熱によって賄うことで、改質器２５の温度を６００℃まで上昇させ、水蒸気改質を行うことができる。このような改質器２５の加熱の観点より、改質器２５に供給する必要がある空気の流量Fair2SV1は、次式ｆ９で算出される。 By providing this amount of heat Q by heat generated by partial oxidation reforming in the reformer 25, the temperature of the reformer 25 can be raised to 600 ° C., and steam reforming can be performed. From the viewpoint of heating the reformer 25, the air flow rate F air2SV1 that needs to be supplied to the reformer 25 is calculated by the following equation f9.

Figure 0006439545
Figure 0006439545

一方、ステップＳ２１で、改質器２５の温度Trefが６００℃以上であると判定した場合（Ｓ２１：ＹＥＳ）、すなわち、改質器２５の温度Trefが十分に高く、水蒸気改質を適切に行うことができる場合、制御装置１００は、ステップＳ２３の処理に進む。 On the other hand, when it is determined in step S21 that the temperature T ref of the reformer 25 is 600 ° C. or higher (S21: YES), that is, the temperature T ref of the reformer 25 is sufficiently high, and steam reforming is appropriately performed. If it can be performed at the same time, the control device 100 proceeds to the process of step S23.

次に、制御装置１００は、ステップＳ２３で、改質器２５の加熱の観点から改質器２５に供給する必要がある空気の流量Fair2SV2をゼロとする。すなわち、改質器２５の温度Trefが十分に高く、部分酸化改質によって加熱する必要がないため、改質器２５の加熱の観点からは、改質器２５への空気の供給は不要とする。 Next, in step S23, the control device 100 sets the air flow rate F air2SV2 that needs to be supplied to the reformer 25 from the viewpoint of heating the reformer 25 to zero. That is, since the temperature T ref of the reformer 25 is sufficiently high and heating by partial oxidation reforming is not necessary, supply of air to the reformer 25 is unnecessary from the viewpoint of heating the reformer 25. To do.

続いて、図５を参照しながら、以上のように算出した流量Fair2SV1及び流量Fair2SV2に基づいて、第２空気供給部４０によって改質器２５に供給する必要がある空気の流量Fair2SVを決定する際に、制御装置１００が実行する処理について説明する。図５は、流量Fair2SV1及び流量Fair2SV2を算出した後に、流量Fair2SVを決定する場合の制御装置１００の処理の流れを示している。 Subsequently, with reference to FIG. 5, based on the flow rate F Air2SV1 and flow F Air2SV2 was calculated as described above, the flow rate F Air2SV of air needs to be supplied to the reformer 25 by the second air supply 40 Processing to be executed by the control device 100 when making the determination will be described. FIG. 5 shows the flow of processing of the control device 100 when determining the flow rate F air2SV after calculating the flow rate F air2SV1 and the flow rate F air2SV2 .

まず、制御装置１００は、ステップＳ３１で、炭素析出抑制の観点から改質器２５に供給する必要がある空気の流量Fair2SV1が、改質器２５の加熱の観点から改質器２５に供給する必要がある空気の流量Fair2SV2以上であるか否かを判定する。流量Fair2SV1が流量Fair2SV2以上であると判定した場合（Ｓ３１：ＹＥＳ）、制御装置１００は、ステップＳ３２の処理に進む。 First, in step S31, the control device 100 supplies the air flow rate F air2SV1 that needs to be supplied to the reformer 25 from the viewpoint of suppressing carbon deposition to the reformer 25 from the viewpoint of heating the reformer 25. It is determined whether or not the required air flow rate F air2SV2 or more. When it is determined that the flow rate F air2SV1 is greater than or equal to the flow rate F air2SV2 (S31: YES), the control device 100 proceeds to the process of step S32.

次に、制御装置１００は、ステップＳ３２で、第２空気供給部４０によって改質器２５に供給する必要がある空気の流量Fair2SVを流量Fair2SV1に設定する。すなわち、炭素析出抑制を担保できるように、第２空気供給部４０によって改質器２５に供給する必要がある空気の流量Fair2SVを、流量Fair2SV1及び流量Fair2SV2のうち大きい方の流量Fair2SV1に設定する。 Next, in step S32, the control device 100 sets the flow rate F air2SV of air that needs to be supplied to the reformer 25 by the second air supply unit 40 to the flow rate F air2SV1 . That is, as can be secured carbon deposition suppression, the flow rate F Air2SV of air by the second air supply 40 is required to be supplied to the reformer 25, the flow rate F Air2SV1 and larger flow rate F of the flow rate F air2SV2 air2SV1 Set to.

一方、ステップＳ３１で、流量Fair2SV1が流量Fair2SV2以上ではないと判定した場合（Ｓ３１：ＮＯ）、制御装置１００は、ステップＳ３３の処理に進む。 On the other hand, if it is determined in step S31 that the flow rate F air2SV1 is not greater than or equal to the flow rate F air2SV2 (S31: NO), the control device 100 proceeds to the process of step S33.

次に、制御装置１００は、ステップＳ３３で、第２空気供給部４０によって改質器２５に供給する必要がある空気の流量Fair2SVを流量Fair2SV2に設定する。すなわち、改質器２５を加熱して、その温度Trefを６００℃まで上昇させるために、第２空気供給部４０によって改質器２５に供給する必要がある空気の流量Fair2SVを、流量Fair2SV1及び流量Fair2SV2のうち大きい方のFair2SV2に設定する。 Next, in step S33, the control device 100 sets the flow rate F air2SV of air that needs to be supplied to the reformer 25 by the second air supply unit 40 to the flow rate F air2SV2 . That is, in order to heat the reformer 25 and raise its temperature T ref to 600 ° C., the flow rate F air2SV of the air that needs to be supplied to the reformer 25 by the second air supply unit 40 is changed to the flow rate F. It is set to F air2SV2 of the larger of the air2SV1 and flow F air2SV2.

流量Fair2SVにゼロ以外の値が設定された場合、制御装置１００は、第２空気供給部４０のブロワ４１を、流量Fair2SVの空気を吹き出すように駆動させる。これにより、原料ガス供給路２３に空気が供給され、当該空気は、燃料ガス供給部２０のブロワ２１から吹き出される原料ガスとともにエジェクタ２４を通過して改質器２５に供給される。 When the flow rate F air2SV is set to a value other than zero, the control device 100 drives the blower 41 of the second air supply unit 40 to blow out the air at the flow rate F air2SV . Thereby, air is supplied to the raw material gas supply path 23, and the air is supplied to the reformer 25 through the ejector 24 together with the raw material gas blown from the blower 21 of the fuel gas supply unit 20.

図６に示されるように、改質器２５の内部では、その上流部２５Ｕに配置された改質触媒２５１によって、主に原料ガスの部分酸化改質が行われる。この部分酸化改質に伴う発熱により、改質器２５を昇温させ、改質器２５の温度を６００℃以上に維持することが可能となる。   As shown in FIG. 6, in the reformer 25, the partial oxidation reforming of the raw material gas is mainly performed by the reforming catalyst 251 disposed in the upstream portion 25U. Due to the heat generated by this partial oxidation reforming, the temperature of the reformer 25 can be raised and the temperature of the reformer 25 can be maintained at 600 ° C. or higher.

改質器２５の上流部２５Ｕにおいて部分酸化改質が行われることで、上流部２５Ｕを通過する原料ガスは、含有している炭化水素が減少する。したがって、改質器２５の下流部２５Ｄにおけるスチームカーボン比が高まる。これにより、改質触媒２５１における炭素析出を抑制することが可能となる。   By performing partial oxidation reforming in the upstream portion 25U of the reformer 25, the raw material gas passing through the upstream portion 25U is reduced in hydrocarbons contained therein. Therefore, the steam carbon ratio in the downstream portion 25D of the reformer 25 is increased. Thereby, carbon deposition in the reforming catalyst 251 can be suppressed.

以上のように、燃料電池システム１０によれば、燃料電池セルＦＣのアノードＡＮから排出されたアノードオフガスの一部を、アノードオフガス流路５１の循環側流路５１Ｂによって改質器２５に導く。これにより、アノードオフガスが含有している水蒸気が改質器２５に供給されるため、当該水蒸気を水蒸気改質に利用することが可能となる。   As described above, according to the fuel cell system 10, part of the anode off gas discharged from the anode AN of the fuel cell FC is guided to the reformer 25 by the circulation side channel 51 </ b> B of the anode off gas channel 51. Thereby, since the water vapor contained in the anode off gas is supplied to the reformer 25, the water vapor can be used for the water vapor reforming.

さらに、燃料電池システム１０では、アノードオフガスとともに循環側流路５１Ｂを流れる水蒸気の流量が小さい場合は、この流量が大きい場合と比べて改質器２５に供給する空気の流量を大きくする。改質器２５に空気を供給することで、改質器２５では当該空気が含有している酸素と炭化水素とによる部分酸化改質が行われる。これにより、改質器２５に存在する炭化水素を減少させ、その結果、改質器２５におけるスチームカーボン比S/Cを高めて炭素析出を抑制することが可能となる。   Further, in the fuel cell system 10, when the flow rate of water vapor flowing through the circulation side flow path 51B together with the anode off gas is small, the flow rate of air supplied to the reformer 25 is increased as compared with the case where this flow rate is large. By supplying air to the reformer 25, the reformer 25 performs partial oxidation reforming with oxygen and hydrocarbons contained in the air. As a result, the hydrocarbons present in the reformer 25 are reduced, and as a result, the steam carbon ratio S / C in the reformer 25 can be increased to suppress carbon deposition.

ここで、「水蒸気の流量が小さい場合」及び「水蒸気の流量が大きい場合」とは、いずれも水蒸気の流量の閾値等を基準にして決定されるものではなく、相対的な関係に基づいて決定されるものであり。   Here, “when the flow rate of water vapor is small” and “when the flow rate of water vapor is large” are not determined based on the threshold value of the flow rate of water vapor, but based on a relative relationship. It will be done.

また、燃料電池システム１０によれば、改質器２５におけるスチームカーボン比S/Cが２．０未満である場合は改質器２５に空気を供給する一方で、改質器２５におけるスチームカーボン比S/Cが２．０以上である場合は改質器２５に空気を供給しない。   Moreover, according to the fuel cell system 10, when the steam carbon ratio S / C in the reformer 25 is less than 2.0, air is supplied to the reformer 25, while the steam carbon ratio in the reformer 25 is supplied. When S / C is 2.0 or more, air is not supplied to the reformer 25.

これにより、炭素析出が懸念されない場合は、水蒸気改質によって高い収率で水素を生成し、発電効率を高める一方で、炭素析出が懸念される場合は、部分酸化改質によって炭素析出を抑制することが可能となる。   As a result, when carbon deposition is not a concern, hydrogen is generated at a high yield by steam reforming to increase power generation efficiency. On the other hand, when carbon deposition is a concern, carbon deposition is suppressed by partial oxidation reforming. It becomes possible.

さらに、燃料電池システム１０によれば、改質器２５の炭化水素を部分酸化改質することで減少させ、改質器２５におけるスチームカーボン比S/Cを２．０以上とするために、改質器２５に供給する必要がある空気の流量Fair2SV1と、部分酸化改質に伴う発熱によって改質器２５を６００℃まで昇温させるために、改質器２５に供給する必要がある空気の流量Fair2SV2と、を算出し、流量Fair2SV1及び流量Fair2SV2のうち大きい方の流量で改質器２５に空気を供給する。 Furthermore, according to the fuel cell system 10, the hydrocarbon in the reformer 25 is reduced by partial oxidation reforming, and the steam carbon ratio S / C in the reformer 25 is set to 2.0 or more. In order to raise the temperature of the reformer 25 to 600 ° C. by the air flow F air2SV1 that needs to be supplied to the massifier 25 and the heat generated by partial oxidation reforming, the air that needs to be supplied to the reformer 25 The flow rate F air2SV2 is calculated, and air is supplied to the reformer 25 at a larger flow rate between the flow rate F air2SV1 and the flow rate F air2SV2 .

これにより、改質触媒２５１における炭素析出の抑制と、水蒸気改質を適切に行うための改質器２５の温度の維持と、を両立させることが可能となる。   This makes it possible to achieve both suppression of carbon deposition in the reforming catalyst 251 and maintenance of the temperature of the reformer 25 for appropriately performing steam reforming.

さらに、燃料電池システム１０によれば、改質器２５に原料ガスを供給する原料ガス供給路２３にエジェクタ２４が配設され、原料ガスが該エジェクタ２４を通過することで発生する負圧によって循環側流路５１Ｂからアノードオフガスを吸引する。   Furthermore, according to the fuel cell system 10, the ejector 24 is disposed in the source gas supply path 23 for supplying the source gas to the reformer 25, and the source gas is circulated by the negative pressure generated by passing through the ejector 24. The anode off gas is sucked from the side channel 51B.

これにより、電力を消費するポンプ等を用いることなく、循環側流路５１Ｂからアノードオフガスを吸引するとともに、エジェクタ２４において十分な負圧が発生しなかった場合でも、改質触媒２５１における炭素析出を抑制することが可能となる。   As a result, the anode off-gas is sucked from the circulation-side flow path 51B without using a pump that consumes electric power, and carbon deposition in the reforming catalyst 251 is caused even when sufficient negative pressure is not generated in the ejector 24. It becomes possible to suppress.

さらに、燃料電池システム１０によれば、エジェクタ２４よりも上流側の原料ガス供給路２３に空気を供給する。   Furthermore, according to the fuel cell system 10, air is supplied to the source gas supply path 23 upstream of the ejector 24.

これにより、原料ガスとともに空気もエジェクタ２４を通過するため、エジェクタ２４において十分な負圧を発生させることができる。その結果、循環側流路５１Ｂからアノードオフガスを吸引し、アノードオフガスが含有している水蒸気を改質器２５に確実に供給することで、改質触媒２５１における炭素析出を抑制することが可能となる。   Thereby, since air also passes through the ejector 24 together with the source gas, a sufficient negative pressure can be generated in the ejector 24. As a result, it is possible to suppress the carbon deposition in the reforming catalyst 251 by sucking the anode off gas from the circulation side channel 51B and reliably supplying the water vapor contained in the anode off gas to the reformer 25. Become.

以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。すなわち、これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、前述した各具体例が備える各要素およびその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、前述した各実施の形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。   The embodiments of the present invention have been described above with reference to specific examples. However, the present invention is not limited to these specific examples. In other words, those specific examples that have been appropriately modified by those skilled in the art are also included in the scope of the present invention as long as they have the characteristics of the present invention. For example, the elements included in each of the specific examples described above and their arrangement, materials, conditions, shapes, sizes, and the like are not limited to those illustrated, but can be changed as appropriate. Moreover, each element with which each embodiment mentioned above is provided can be combined as long as technically possible, and the combination of these is also included in the scope of the present invention as long as it includes the features of the present invention.

１０：燃料電池システム
２３：原料ガス供給路
２４：エジェクタ
２５：改質器
２５１：改質触媒
５１：アノードオフガス流路
５１Ｂ：循環側流路
５１Ｃ：燃焼側流路
５５：燃焼器
ＦＣ：燃料電池セル
ＡＮ：アノード 10: Fuel cell system 23: Raw material gas supply path 24: Ejector 25: Reformer 251: Reforming catalyst 51: Anode off-gas flow path 51B: Circulation side flow path 51C: Combustion side flow path 55: Combustor FC: Fuel cell Cell AN: Anode

Claims (4)

燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて電力を発生させる燃料電池システム（１０）であって、
水蒸気改質及び部分酸化改質が可能な改質触媒（２５１）を有し、炭化水素を含有する原料ガス、水蒸気及び空気の供給を受け、水素を含有する燃料ガスを生成する改質器（２５）と、
前記改質器から供給される燃料ガスと酸化剤ガスとを反応させる燃料電池セル（ＦＣ）と、
可燃ガスを燃焼させて前記改質器を加熱する燃焼器（５５）と、
前記燃料電池セルのアノード（ＡＮ）から排出されたオフガスを流し、該オフガスの一部を前記改質器に導く循環側流路（５１Ｂ）と、該オフガスの他部を前記燃焼器に導く燃焼側流路（５１Ｃ）と、を有するアノードオフガス流路（５１）と、を備え、
前記循環側流路を燃料ガスとともに流れる水蒸気の流量が小さいほど、前記改質器に供給する空気の流量が大きくなるようにし、
前記改質器におけるスチームカーボン比が所定値未満である場合は前記改質器に空気を供給する一方で、前記改質器におけるスチームカーボン比が前記所定値以上である場合は前記改質器に空気を供給しないことを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell system (10) for generating electric power using a fuel gas and an oxidant gas,
A reformer having a reforming catalyst (251) capable of steam reforming and partial oxidation reforming and receiving a feed gas containing hydrocarbons, steam and air, and generating a fuel gas containing hydrogen ( 25)
A fuel cell (FC) for reacting a fuel gas and an oxidant gas supplied from the reformer;
A combustor (55) for burning the combustible gas to heat the reformer;
A flow for flowing off gas discharged from the anode (AN) of the fuel cell and a circulation side channel (51B) for leading a part of the off gas to the reformer, and a combustion for guiding the other part of the off gas to the combustor An anode off-gas channel (51) having a side channel (51C),
The flow rate of air supplied to the reformer is increased as the flow rate of water vapor flowing along with the fuel gas in the circulation side flow path is reduced.
If the steam carbon ratio in the reformer is less than a predetermined value, air is supplied to the reformer, while if the steam carbon ratio in the reformer is greater than or equal to the predetermined value, the reformer is supplied with air. A fuel cell system characterized by not supplying air . 前記改質器の炭化水素を部分酸化改質することで減少させ、前記改質器におけるスチームカーボン比を前記所定値以上とするために、前記改質器に供給する必要がある空気の流量である第１流量と、
部分酸化改質に伴う発熱によって前記改質器を予め定められた所定温度まで昇温させるために、前記改質器に供給する必要がある空気の流量である第２流量と、を算出し、
前記第１流量及び前記第２流量のうち大きい方の流量で前記改質器に空気を供給することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。 In order to reduce the reformer hydrocarbons by partial oxidation reforming, and to make the steam carbon ratio in the reformer equal to or higher than the predetermined value, the flow rate of air that needs to be supplied to the reformer A first flow rate,
A second flow rate that is a flow rate of air that needs to be supplied to the reformer in order to raise the temperature of the reformer to a predetermined temperature by heat generated by partial oxidation reforming,
The fuel cell system according to claim 1, characterized in that to supply air to the reformer at a flow rate of greater of the first flow rate and the second flow rate. 前記改質器に原料ガスを供給する原料ガス供給路（２３）にエジェクタ（２４）が配設され、原料ガスが該エジェクタを通過することで発生する負圧によって前記循環側流路から燃料ガスを吸引することを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料電池システム。 An ejector (24) is disposed in a raw material gas supply path (23) for supplying a raw material gas to the reformer, and the fuel gas is discharged from the circulation side flow path by the negative pressure generated when the raw material gas passes through the ejector. the fuel cell system according to claim 1 or 2, characterized in that aspirating. 前記エジェクタよりも上流側の前記原料ガス供給路に空気を供給することを特徴とする請求項３に記載の燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 3 , wherein air is supplied to the source gas supply path upstream of the ejector.
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